Pada tahun 1872, dengan keputusan Komisi Internasional untuk Standar Sistem Metrik, massa prototipe kilogram, yang disimpan di Arsip Nasional Perancis, diadopsi sebagai satuan massa. Prototipe ini berbentuk silinder platina berat dengan tinggi dan diameter 39 mm. Prototipe kilogram untuk penggunaan praktis dibuat dari paduan platinum-iridium. Bobot platina-iridium, yang paling dekat dengan massa kilogram platina milik AO3, diadopsi sebagai prototipe kilogram internasional. Perlu dicatat bahwa massa kilogram prototipe internasional agak berbeda dari massa satu desimeter kubik air. Akibatnya volume 1 liter air dan 1 desimeter kubik tidak sama (1 liter = 1,000028 dm 3). Pada tahun 1964, Konferensi Umum Berat dan Ukuran XII memutuskan untuk menyamakan 1 l dengan 1 dm 3.
Prototipe kilogram internasional telah disetujui pada Konferensi Umum Pertama tentang Meter dan Berat pada tahun 1889 sebagai prototipe satuan massa, meskipun pada saat itu belum ada perbedaan yang jelas antara konsep massa dan berat sehingga standar massanya adalah sering disebut standar berat badan.
Dengan keputusan Konferensi Pertama tentang Berat dan Ukuran, prototipe kilogram platina-iridium No.12 dan No.26 dipindahkan ke Rusia dari prototipe 42 kilogram yang diproduksi.Prototipe kilogram No.12 disetujui pada tahun 1899 sebagai standar massa negara opsional (pon harus dibandingkan secara berkala dengan kilogram), dan prototipe No. 26 digunakan sebagai standar sekunder.
Standar tersebut meliputi:
salinan prototipe internasional kilogram (No. 12), yaitu berat platina-iridium berbentuk silinder lurus dengan rusuk membulat dengan diameter dan tinggi 39 mm. Prototipe kilogram disimpan di VNIIM. D. M. Mendeleev (St. Petersburg) di atas dudukan kuarsa di bawah dua penutup kaca di brankas baja. Standar disimpan dengan menjaga suhu udara dalam (20±3)°C dan kelembaban relatif 65%. Untuk mempertahankan standar tersebut, dua standar sekunder dibandingkan setiap 10 tahun. Mereka digunakan untuk menyampaikan lebih lanjut ukuran satu kilogram. Jika dibandingkan dengan kilogram standar internasional, berat platina-iridium dalam negeri diberi nilai 1.0000000877 kg;
timbangan prisma berlengan sama 1 kg. No.1 dengan kendali jarak jauh (untuk menghilangkan pengaruh operator terhadap suhu sekitar), diproduksi oleh Ruprecht, dan timbangan prisma modern berlengan sama untuk 1 kg No.2, diproduksi di VNIIM. D.M. Mendeleev. Timbangan No. 1 dan No. 2 berfungsi untuk memindahkan ukuran suatu satuan massa dari prototipe No. 12 ke standar sekunder.
Kesalahan dalam mereproduksi satu kilogram, dinyatakan dengan simpangan baku hasil pengukuran 2. 10 -9. Daya tahan yang luar biasa dari satuan massa standar dalam bentuk berat platina-iridium bukan karena fakta bahwa pada suatu waktu ditemukan cara yang paling tidak rentan untuk mereproduksi kilogram. Sama sekali tidak. Beberapa dekade yang lalu, persyaratan keakuratan pengukuran massa melebihi kemungkinan penerapannya dengan menggunakan standar satuan massa yang ada. Penelitian reproduksi massa menggunakan konstanta massa fisik dasar yang diketahui dari berbagai partikel atom (proton, elektron, neutron, dll.) telah berlangsung sejak lama. Namun, kesalahan nyata dalam mereproduksi massa besar (misalnya, satu kilogram), yang terkait, khususnya, dengan massa diam neutron, sejauh ini jauh lebih besar daripada kesalahan dalam mereproduksi satu kilogram menggunakan berat platina-iridium. Massa diam sebuah partikel - sebuah neuron - adalah 1,6949286 (10)x10 -27 kg dan ditentukan dengan simpangan baku 0,59. 10 -6.
Lebih dari 100 tahun telah berlalu sejak prototipe kilogram dibuat. Selama periode yang lalu, standar nasional secara berkala dibandingkan dengan standar internasional. Di Jepang, timbangan khusus telah dibuat menggunakan sinar laser untuk merekam “ayunan” lengan ayun dengan referensi dan beban tara. Hasilnya diolah menggunakan komputer. Pada saat yang sama, kesalahan dalam mereproduksi satu kilogram ditingkatkan menjadi sekitar 10 -10 (sesuai deviasi standar).Satu set timbangan serupa tersedia di Layanan Metrologi Angkatan Bersenjata Federasi Rusia.
Apa itu satu kilogram? Pertanyaan anak-anak! Ini adalah massa satu liter air. Untuk mendapatkannya di rumah, yang Anda butuhkan hanyalah keran air dan toples liter. Namun berat standar “nyata dan bertubuh penuh” baru-baru ini mengalami penurunan berat badan dengan cepat.
Sayangnya, standar kilogram dunia, seperti yang terlihat jelas dari New York Times, telah menjadi korban penyakit misterius dan bertahan lama. Mari kita lihat sejarahnya.
Pada abad ke-18, satu kilogram didefinisikan sebagai massa satu desimeter kubik air pada suhu kepadatan tertinggi (4 o C). Ternyata, definisi seperti itu tidak sepenuhnya konstruktif: Anda memerlukan desimeter kubik yang sangat akurat, air yang benar-benar bersih, dan termometer yang benar-benar tepat.
Untuk informasi tambahan mengenai orang yang sakit, silakan merujuk ke Kitab Takdir - tsb.
“Kilogram, satuan massa, adalah salah satu dari tujuh satuan dasar Sistem Satuan Internasional (SI). Beratnya sama dengan massa prototipe internasional yang disimpan di Biro Berat dan Ukuran Internasional. Prototipe tahun 1799 dibuat dalam bentuk benda silinder yang terbuat dari bahan platina.
Massa prototipe kilogram ternyata sekitar 0,028 gram lebih banyak dari massa satu desimeter kubik air.
Kilogram terpenting saat ini hanyalah sepotong besi (foto bipm.org).
Pada tahun 1889, definisi kilogram yang ada diadopsi dan pemberat dengan tanda K (“K” adalah ibu kota Gotik), terbuat dari paduan platina-iridium (10% Ir) dan berbentuk seperti silinder dengan diameter dan tinggi. kaliber 39 mm, telah disetujui sebagai prototipe internasional.”
Ternyata kilogram platina-iridium, yang diciptakan oleh seorang pembuat perhiasan Inggris, adalah satu-satunya satuan SI dasar yang dengan gagah berani mempertahankan definisinya sejak abad lalu. Dan dirinya disimpan dalam bentuk artefak material.
Meter, misalnya, yang semula dikorelasikan dengan panjang keliling bumi, kini disamakan dengan jarak yang ditempuh cahaya dalam satu 299.792.458 detik. Dan detiknya sendiri adalah waktu yang dibutuhkan atom cesium untuk melakukan 9192631770 getaran.
Unit-unit ini tidak hanya didefinisikan dengan presisi kuantum yang tepat, namun juga dapat direproduksi secara memadai di mana pun di dunia. Mengkloning satu kilogram jauh lebih sulit, selain itu memerlukan prosedur birokrasi yang rumit.
Rupanya, sejak lama, posisi unik kilogram ini cocok untuk semua orang, karena tidak ada insentif yang cukup untuk menciptakan formula yang cermat.
Namun perubahan kilogram tersebut menyeret Watt dan satuan pengukuran terkait lainnya ke dalam renang hanyut.
Dan tidak ada keraguan tentang variabilitas kilogram, terlepas dari semua tindakan pencegahan: standar disimpan di bawah tiga penutup kaca tertutup di brankas kastil yang dijaga di sekitar Paris, dan kunci brankas hanya dipegang oleh tiga orang. terutama para birokrat dekat dari Biro Berat dan Ukuran Internasional (Bureau International des Weights and Measures).Poids et Mesures - BIPM).
Kilogram dan 6 anak buahnya disimpan di brankas yang terkunci secara permanen (foto bipm.org).
Selain kilogram utama, ada 6 penerus di brankas, dan total pada masa pemerintahannya, lebih dari 80 salinan dibuat menurut gambar dan rupanya.
Untuk pemeriksaan kilogram lansia yang dilakukan setahun sekali, secara seremonial dikeluarkan dari tempat penyimpanannya. Dan setiap kali penurunan berat badan mikroskopis terdeteksi.
Kilogramnya semakin berkurang. Hal ini terlihat jelas dari perbandingan dengan penghuni brankas lainnya. Sifat penyakit ini misterius, tetapi semua gejalanya jelas: dalam seratus tahun, satu kilogram kehilangan sekitar 0,00000003 massa berharganya.
Namun bahkan penurunan berat badan sebanyak 50 mikrogram (kurang dari berat sebutir garam) dapat secara serius merusak hasil perhitungan ilmiah yang rumit. Tidak ada keraguan mengenai perlunya mengganti kilogram unik dengan kilogram abstrak.
Sebuah tim peneliti internasional dari Jerman, Australia, Italia dan Jepang, di bawah naungan laboratorium standar Jerman, ingin mendefinisikan kembali kilogram sebagai massa sejumlah atom tertentu. Bola silikon kristal murni seberat satu kilogram yang berbentuk bulat sempurna dibuat di laboratorium.
Jika Anda mengetahui secara pasti atom mana saja yang menyusun kristal dan berapa jaraknya satu sama lain, maka dengan mengukur ukuran bola, Anda dapat menghitung jumlah atom silikon penyusunnya. Angka ini akan menjadi definisi satu kilogram.
Untuk menghasilkan bola, diperlukan isotop silikon yang sangat murni. Rusia memberikan bantuan dalam upaya ini - di pabrik senjata nuklir lama Soviet terdapat mesin sentrifugal yang digunakan untuk memproduksi uranium yang sangat diperkaya.
Mungkin bola silikon ini akan menjadi kilogram baru. Namun hanya berupa jumlah atom penyusunnya (foto nytimes.com).
Bola yang dihasilkan harus diukur “kebulatannya”. Kristal itu diukur dengan cermat pada setengah juta titik. Kesimpulan: bola merupakan ciptaan tangan manusia yang paling bulat. Jika bola itu diperbesar seukuran Bumi, maka ketinggian Everest hanya akan mencapai empat meter.
Ciri menarik dari bola: sangat mustahil untuk menentukan dengan mata apakah bola itu diam atau berputar. Hanya jika setitik debu jatuh ke permukaan barulah ada sesuatu yang menarik perhatian.
Meski jumlah atom silikon yang menyusun objek unik tersebut belum dapat dihitung, teknik ini telah menuai kritik dari kubu lain, yang mempertemukan ilmuwan dari AS, Inggris, Prancis, dan Swiss.
Menurut mereka, dengan teknologi saat ini tidak mungkin menghitung jumlah atom secara akurat, sehingga satu kilogram lebih mudah dan andal dihitung menggunakan tegangan listrik. Mengukur energi, kata mereka, lebih sederhana daripada menghitung atom. Ini mungkin lebih sederhana, tetapi tidak dengan kata-kata.
Pekerjaan tersebut menggunakan mekanisme kompleks yang disebut keseimbangan Watt. Teknik ini didasarkan pada kesetaraan tenaga mekanik dan listrik.
Medan elektromagnetik harus dibuat, kilogram referensi harus ditempatkan di dalamnya, dan parameter percobaan harus diukur. Karena medan gravitasi adalah konstan dan ditentukan oleh lokasi instalasi tiga lantai, nilai besaran mekanik dan listrik dapat dihubungkan melalui kilogram acuan.
Benar, pengaruh pasang surut juga perlu diperhitungkan, dan manifestasi lain dari lingkungan eksternal dapat dikecualikan dengan menempatkan instalasi di ruang hampa yang dalam.
Bola silikon dibuat di Laboratorium Pengukuran Nasional (NML) Australia.
Dengan mengukur nilai panjang, waktu, arus listrik, dan hambatan (dan semuanya dapat dihitung berdasarkan fenomena kuantum fundamental dan invarian), unit dasar - kilogram - dapat didigitalkan secara kuantum. . Massa elektron telah ditentukan dengan cara yang sama.
Masih terlalu dini untuk membicarakan keakuratan metode canggih dan tidak langsung dalam menghitung satu kilogram; para ilmuwan sibuk menghilangkan fluktuasi tegangan pada rangkaian listrik. Namun, mereka yakin bahwa kemenangan akan menjadi milik mereka, dan bukan milik para perancang bola silikon.
Menurut New York Times, bagian massa BIMP - badan yang pada akhirnya menentukan nasib kilogram - condong ke pendekatan terakhir, tetapi membuat pilihan akhir masih sangat sulit. Namun mereka ingin memilih di antara keduanya, meski ada pilihan lain.
Misalnya, seperti semua hal di dunia jual beli, kilogram yang terkenal dapat memiliki ekspresi harga yang tepat.
Untuk menghitungnya, Anda perlu mengetahui jumlah atom dalam satu kilogram emas murni. Menurut perkiraan hari ini, jumlah ini seharusnya sekitar 25 digit, tetapi tidak ada yang bisa dikatakan lebih pasti mengenai hal itu.
Standar massa
Ini adalah berat satu kilogram yang terbuat dari paduan platina-iridium, dengan bentuk tertentu, disimpan di bawah tutup ganda, dan seterusnya. Beberapa anak timbangan seperti itu telah dibuat, dibawa ke Paris setiap beberapa tahun sekali dan seterusnya, lihat pembahasan di atas tentang apa itu keakuratan standarnya. Pertanyaan wajarnya adalah mengapa tidak mengambil standar alami - atom. Inilah seseorang yang, menurut semua pandangan modern, baik-baik saja dengan keteguhan massa. Jawabannya sederhana - karena atomnya kecil, dan menghitung jumlah atom Avogadro sangatlah sulit. Derajat sepuluh begitu besar sehingga fullerene yang terbuat dari uranium pun tidak akan menyelamatkannya. Tapi saya ingin beralih ke standar atom semu alami. Oleh karena itu, pekerjaan sedang dilakukan untuk membuat standar massa berdasarkan standar meteran dan sifat atom (yang pada akhirnya masih merupakan standar atom). Yaitu, diasumsikan bahwa itu akan menjadi bola dengan ukuran yang diketahui secara pasti yang terbuat dari silikon monoisotopik. Bola - untuk menghindari ketidakpastian terkait dengan geometri sebenarnya dari sirip, silikon - karena teknologi pemurnian telah dikembangkan untuk itu. Silikon memiliki tiga isotop stabil, sehingga sulit untuk mendapatkan salinan persis dari standar tersebut, namun metode untuk menghilangkan pengotor telah dikembangkan untuk silikon, dan silikon murni isotop, seperti yang mereka katakan, menarik untuk teknologi semikonduktor dan teknologinya. produksi ada.
Dari buku Ritz's Ballistic Theory and the Picture of the Universe pengarang Semikov Sergei Alexandrovich§ 1.15 Efek relativistik dari perubahan massa Eksperimen Kaufman dapat dijelaskan dengan baik baik dengan mengasumsikan gerak absolut dengan massa yang bervariasi atau dengan menganggap massa sebagai konstan dan gerak sebagai relatif. Mereka juga cukup
Dari buku Catatan Seorang Pembangun pengarang Komarovsky Alexander Nikolaevich§ 1.16 Pemusnahan dan kesetaraan massa dan energi Benda tidak dapat dihancurkan sampai ia bertabrakan dengan suatu kekuatan yang mampu dihancurkan oleh kombinasi keduanya. Jadi, kita melihat bahwa segala sesuatu tidak berubah menjadi ketiadaan, tetapi segala sesuatu terurai kembali menjadi tubuh dasar... ...Singkatnya, tidak
Dari buku Metrologi Sangat Umum pengarang Ashkinazi Leonid Alexandrovich§ 1.17 Sifat massa dan gravitasi Penjelasan Zöllner, yang diterima oleh Lorentz, sebagaimana diketahui, adalah bahwa gaya tarik menarik dua muatan listrik yang bertanda berlawanan sedikit lebih besar daripada gaya tolak menolak dua muatan bertanda sama dan nilai absolut yang sama.
Dari buku penulis§ 3.13 Reaksi nuklir dan cacat massa Semua perubahan di alam yang terjadi adalah sedemikian rupa sehingga sebanyak sesuatu diambil dari satu benda, maka banyak pula yang ditambahkan ke benda lain. Jadi, jika sedikit materi hilang di suatu tempat, ia akan bertambah banyak di tempat lain... Ini adalah hal yang alamiah
Dari buku penulisLampiran No.3 TEKNOLOGI PEMBUATAN PRODUK DARI Bubur KERTAS Untuk menyiapkan 1 kg bubur kertas (damar wangi) ambil (dalam g): Kapur giling - 450 lem kasein grade OB - 200 Minyak pengering alami - 100 Rosin - 20 Debu kertas (knop ) - 200 Aluminium tawas - 15 Gliserin
Dari buku penulisStandar panjang Pada awalnya, standar itu wajar, misalnya standar panjang, mungkin, adalah sabuk Raja Charles anu. Kemudian raja menjadi sedikit terkorosi dan perekonomian menjadi gila. Oleh karena itu, kami mengambil panjang bandul dengan periode tertentu (sehingga menghubungkan standar panjang dengan standar
Dari buku penulisStandar waktu Alam penuh dengan proses periodik, jadi tidak ada masalah dengan standar waktu alami, meskipun saya pribadi tidak akan mengambil rotasi bumi, tetapi terjadinya keinginan untuk melahap secara berkala. Karena bumi berputar atau tidak, kita hanya melihat di siang hari, tapi makan
Dari buku penulisStandar kuantitas suatu zat adalah mol, yang secara umum menduplikasi standar massa, namun dipertahankan sebagai konsep terutama untuk kemudahan perhitungan kimia. Tidak ada standar mol yang terpisah. Menurut definisi, ini adalah jumlah zat yang dikandungnya sebanyak itu
Dari buku penulisStandar suhu Dalam fisika ada beberapa “suhu” yang berbeda, metrologi tinggi mengetahui satu hal – suhu termodinamika. Inilah yang secara unik berhubungan dengan energi melalui konstanta Boltzmann (itulah sebabnya fisikawan sering mengukur suhu dalam satuan energi.
Dari buku penulisStandar arus Secara historis, standar besaran listrik adalah arus (melalui proses galvanik dan berat endapan) dan hambatan (melalui hambatan silinder air raksa), tegangan ditentukan oleh hukum Ohm, dan ditransmisikan oleh arus galvanik yang sangat stabil. sel
Dari buku penulisStandar intensitas cahaya Cahaya adalah radiasi elektromagnetik dalam jangkauan persepsi manusia secara langsung. Oleh karena itu, dalam teknologi dan metrologi, perhatian lebih diberikan padanya. Seperti diketahui, ada empat satuan cahaya - fluks cahaya, intensitas cahaya, luminositas dan
Tidak ada hal yang terlalu presisi. Itulah sebabnya sistem pengukuran internasional telah diciptakan dan ada di seluruh dunia, yang dinyatakan dalam standar semua pengukuran yang diketahui manusia. Dan hanya standar kilogram yang menonjol dalam garis satuan pengukuran. Bagaimanapun, dialah satu-satunya yang memiliki prototipe fisik yang sebenarnya sudah ada. Berapa berat kilogram standar internasional dan di negara mana disimpan, akan kami jawab di artikel ini.
Mengapa standar diperlukan?
Misalnya, apakah satu kilogram jeruk memiliki berat yang sama di Afrika dan di Rusia? Jawabannya adalah ya, hampir. Dan semua berkat sistem internasional untuk menentukan standar standar kilogram, meter, detik, dan parameter fisik lainnya. Standar pengukuran diperlukan bagi umat manusia untuk memastikan kegiatan ekonomi (perdagangan) dan konstruksi (kesatuan gambar), industri (kesatuan paduan) dan budaya (kesatuan interval waktu) dan banyak bidang kegiatan lainnya. Dan jika iPhone Anda rusak dalam waktu dekat, kemungkinan besar hal ini terjadi karena perubahan bobot standar massa terpenting.
Sejarah standar
Setiap peradaban memiliki standar dan standarnya sendiri, yang saling menggantikan selama berabad-abad. Di Mesir Kuno, massa benda diukur dalam kantar atau kikkar. Di Yunani Kuno, ini adalah talenta dan drachma. Dan di Rusia, massa barang diukur dalam pound atau gulungan. Pada saat yang sama, orang-orang dari sistem ekonomi dan politik yang berbeda tampaknya setuju bahwa satuan pengukuran massa, panjang atau parameter lainnya dapat dibandingkan dengan satuan kontrak tunggal. Menariknya, bahkan satu pood di zaman kuno bisa berbeda sepertiganya di antara para pedagang dari berbagai negara.
Fisika dan standar
Perjanjian, sering kali secara lisan dan kondisional, berhasil sampai seseorang mempelajari sains dan teknik dengan serius. Dengan pemahaman tentang hukum fisika dan kimia, perkembangan industri, penciptaan ketel uap dan perkembangan perdagangan internasional, muncul kebutuhan akan standar seragam yang lebih tepat. Pekerjaan persiapannya panjang dan melelahkan. Fisikawan, matematikawan, dan kimiawan di seluruh dunia berupaya menemukan standar universal. Dan pertama-tama, standar internasional untuk kilogram, karena dari sinilah parameter fisik lainnya didasarkan (Ampere, Volt, Watt).
Konvensi Metrik
Sebuah peristiwa penting terjadi di pinggiran kota Paris pada tahun 1875. Kemudian, untuk pertama kalinya, 17 negara (termasuk Rusia) menandatangani konvensi metrik. Ini adalah perjanjian internasional yang menjamin keseragaman standar. Saat ini, 55 negara telah bergabung sebagai anggota penuh dan 41 negara sebagai anggota asosiasi. Pada saat yang sama, Biro Berat dan Ukuran Internasional dan Komite Berat dan Ukuran Internasional dibentuk, yang tugas utamanya adalah memantau kesatuan standardisasi di seluruh dunia.
Standar konvensi metrik pertama
Standar meterannya adalah penggaris yang terbuat dari paduan platina dan iridium (9 banding 1) dengan panjang seper empat puluh juta meridian Paris. Standar kilogram yang terbuat dari paduan yang sama setara dengan massa satu liter (desimeter kubik) air pada suhu 4 derajat Celcius (kepadatan tertinggi) pada tekanan standar di atas permukaan laut. Detik standar menjadi 1/86400 durasi rata-rata hari matahari. Ke-17 negara yang berpartisipasi dalam konvensi tersebut menerima salinan standar tersebut.
Tempat Z
Prototipe dan standar aslinya saat ini disimpan di Kamar Berat dan Ukuran di Sèvres dekat Paris. Di pinggiran kota Paris itulah tempat penyimpanan standar kilogram, meter, candela (intensitas cahaya), ampere (intensitas arus), kelvin (suhu) dan mol (sebagai satuan materi, tidak ada standar fisik) . Sistem timbangan dan ukuran yang didasarkan pada enam standar tersebut disebut Sistem Satuan Internasional (SI). Namun sejarah standar tidak berakhir di situ; itu baru saja dimulai.
SI
Sistem standar yang kami gunakan - SI (SI), dari bahasa Perancis Systeme International d'Unites - mencakup tujuh besaran pokok. Yaitu meter (panjang), kilogram (massa), ampere (arus), candela (intensitas cahaya), kelvin (suhu), mol (jumlah zat). Semua besaran fisis lainnya diperoleh melalui berbagai perhitungan matematis dengan menggunakan besaran pokok. Misalnya, satuan gaya adalah kg x m/s 2. Semua negara di dunia kecuali Amerika Serikat, Nigeria dan Myanmar menggunakan sistem SI untuk pengukuran, yang berarti membandingkan suatu besaran yang tidak diketahui dengan suatu besaran standar. Dan suatu standar setara dengan nilai fisik yang disetujui semua orang sebagai nilai yang benar-benar akurat.
Berapa kilo standarnya?
Tampaknya lebih sederhana - standar 1 kilogram adalah berat 1 liter air. Namun kenyataannya hal ini tidak sepenuhnya benar. Berapa kilogram standar dari sekitar 80 prototipe adalah pertanyaan yang agak rumit. Namun secara kebetulan, komposisi paduan optimal dipilih, yang bertahan lebih dari 100 tahun. Kilogram standar massa terbuat dari paduan platina (90%) dan iridium (10%), dan merupakan silinder yang diameternya sama dengan tingginya yaitu 39,17 milimeter. Salinan persisnya juga dibuat sebanyak 80 buah. Salinan standar kilogram terdapat di negara-negara peserta konvensi. Standar utama disimpan di pinggiran kota Paris dan dikemas dalam tiga kapsul tertutup. Dimanapun standar kilogram berada, rekonsiliasi dengan standar internasional yang paling penting dilakukan setiap sepuluh tahun.
Standar yang paling penting
Standar Internasional Kilogram dibuat pada tahun 1889 dan disimpan di Sèvres, Prancis, dalam brankas di Biro Berat dan Ukuran Internasional, ditutupi dengan tiga penutup kaca tertutup. Hanya tiga perwakilan tingkat tinggi biro yang memiliki kunci brankas ini. Selain standar utama, brankas tersebut juga berisi enam duplikat atau penerusnya. Setiap tahun, barang utama yang diterima sebagai standar kilogram dikeluarkan dengan sungguh-sungguh untuk diperiksa. Dan setiap tahun dia menjadi semakin kurus. Alasan penurunan berat ini adalah terlepasnya atom saat mengekstraksi sampel.
versi Rusia
Salinan standar ini juga tersedia di Rusia. Itu disimpan di Institut Penelitian Metrologi Seluruh Rusia. Mendeleev di St. Ini adalah dua prototipe platinum-iridium - No. 12 dan No. 26. Mereka berada di atas dudukan kuarsa, ditutupi dengan dua penutup kaca dan dikunci dalam brankas logam. Suhu udara di dalam kapsul 20 °C, kelembapan 65%. Prototipe dalam negeri berbobot 1.000000087 kilogram.
Kilogram standar sedang menurunkan berat badan
Perbandingan standar menunjukkan bahwa keakuratan standar nasional adalah sekitar 2 mikrogram. Semuanya disimpan dalam kondisi yang sama, dan perhitungan menunjukkan bahwa kilogram standar kehilangan berat 3 x 10 −8 selama seratus tahun. Namun menurut definisi, massa standar internasional sama dengan 1 kilogram, dan setiap perubahan pada massa standar yang sebenarnya akan menyebabkan perubahan pada nilai kilogram itu sendiri. Pada tahun 2007, ternyata satu kilogram silinder mulai berbobot 50 mikrogram lebih sedikit. Dan penurunan berat badannya terus berlanjut.
Teknologi baru dan standar pengukuran berat badan baru
Untuk menghilangkan kesalahan, pencarian struktur baru standar kilogram sedang dilakukan. Ada perkembangan untuk menentukan sejumlah isotop silikon-28 sebagai standar. Ada proyek "Kilogram elektronik". Institut Standar dan Teknologi Nasional (2005, AS) merancang perangkat berdasarkan apa yang diperlukan untuk menciptakan medan elektromagnetik yang mampu mengangkat massa 1 kg. Keakuratan pengukuran tersebut adalah 99,999995%. Terdapat perkembangan dalam penentuan massa sehubungan dengan massa diam neutron. Semua perkembangan dan teknologi ini akan memungkinkan kita untuk tidak terikat pada standar massa fisik, untuk mencapai akurasi yang lebih tinggi dan kemampuan untuk melakukan rekonsiliasi di mana pun di dunia.
Proyek menjanjikan lainnya
Dan sementara para ilmuwan terkemuka dunia sedang menentukan cara mana yang lebih dapat diandalkan untuk memecahkan masalah ini, proyek yang paling menjanjikan adalah proyek di mana massa tidak akan berubah seiring waktu. Standar tersebut adalah benda kubik yang terbuat dari atom isotop karbon-12 dengan tinggi 8,11 sentimeter. Akan ada 2250 x 281489633 atom karbon-12 dalam kubus tersebut. Para peneliti dari Institut Standar dan Teknologi Nasional AS mengusulkan untuk menentukan standar kilogram menggunakan konstanta Planck dan rumus E=mc^2.
Sistem metrik modern
Standar modern sama sekali tidak seperti sebelumnya. Meter, yang awalnya berhubungan dengan keliling planet, kini setara dengan jarak yang ditempuh seberkas cahaya dalam satu 299.792.458 detik. Namun sedetik adalah waktu yang dilalui oleh 9192631770 getaran atom cesium. Keuntungan dari presisi kuantum dalam hal ini sangat jelas, karena dapat direproduksi di mana saja di planet ini. Akibatnya, satu-satunya standar yang ada secara fisik tetap menjadi standar kilogram.
Berapa biaya standarnya?
Telah ada selama lebih dari 100 tahun, standar ini sudah bernilai tinggi sebagai barang unik dan artefak. Namun secara umum, untuk menentukan harga ekuivalennya, perlu dihitung jumlah atom dalam satu kilogram emas murni. Jumlahnya akan berasal dari sekitar 25 digit, dan ini tidak memperhitungkan nilai ideologis artefak ini. Namun masih terlalu dini untuk membicarakan penjualan standar kilogram, karena satu-satunya standar fisik yang tersisa dari sistem satuan internasional belum dihilangkan.
Di semua zona waktu di planet ini, waktu ditentukan relatif terhadap UTC (misalnya, UTC+4:00). Yang perlu diperhatikan adalah bahwa singkatan tersebut tidak memiliki penguraian sama sekali, dan diadopsi pada tahun 1970 oleh International Telecommunication Union. Dua opsi diusulkan: CUT Inggris (Waktu Universal Terkoordinasi) dan TUC Prancis (Temps Universel Coordonné). Kami memilih singkatan netral sedang.
Di laut, pengukuran "simpul" digunakan. Untuk mengukur kecepatan kapal, mereka menggunakan batang kayu khusus dengan simpul pada jarak yang sama, yang mereka lempar ke laut dan menghitung jumlah simpul dalam jangka waktu tertentu. Perangkat modern jauh lebih canggih daripada tali dengan simpul, tetapi namanya tetap ada.
Kata ketelitian, yang artinya sangat presisi dan akurat, berasal dari bahasa dari nama standar berat Yunani kuno - ketelitian. Itu sama dengan 1,14 gram dan digunakan saat menimbang koin perak.
Nama-nama satuan moneter juga sering kali berasal dari nama-nama ukuran berat. Jadi, sterling di Inggris adalah nama yang diberikan untuk koin yang terbuat dari perak; koin tersebut memiliki berat satu pon. Di Rusia Kuno, “hryvnia perak” atau “hryvnia emas” digunakan, yang berarti sejumlah koin tertentu dinyatakan dalam berat yang setara.
Pengukuran aneh tenaga kuda mobil mempunyai asal usul yang sangat nyata. Penemu mesin uap memutuskan untuk menunjukkan keunggulan penemuannya dibandingkan transportasi traksi dengan cara ini. Dia menghitung berapa banyak yang bisa diangkat seekor kuda per menit dan menetapkan jumlah ini sebagai satu tenaga kuda.
Mungkin banyak pembaca yang ingat iklan televisi salah satu operator seluler, yang di dalamnya muncul slogan terkenal “Berapa dalam gram?”. “Presisi tidak pernah berlebihan,” salah satu pahlawan menyimpulkan pertanyaannya rol. Faktanya, dia licik - tidak mungkin menimbang secara akurat, katakanlah, 200 gram sesuatu. Dan bukan hanya metode penimbangan yang ada yang buruk - hanya saja masyarakat tidak memiliki standar yang dapat diandalkan untuk satu kilogram, dan karenanya satu gram.
Ada kebutuhan untuk mengembangkan standar yang menjadi dasar penentuan nilai massa, waktu, panjang dan suhu (dan setelah munculnya fisika, intensitas cahaya, intensitas arus, dan satuan materi) muncul. di kalangan umat manusia sejak lama. Kebutuhan ini cukup dapat dimengerti - untuk membangun jalan dan rumah, perjalanan dan perdagangan, diperlukan unit yang konstan, yang dapat digunakan oleh dua pembangun atau pedagang untuk memahami apa yang tergambar dalam gambar masing-masing dan berapa jumlah barang yang sedang dibicarakan.
Setiap peradaban memiliki satuan pengukurannya sendiri: misalnya, di Mesir Kuno, massa diukur dalam kantar dan kikkar, di Yunani Kuno - dalam talenta dan drachma, dan di Rus' - dalam pood dan zolotnik. Seperti yang sering dikatakan para ilmuwan, saat membuat masing-masing unit ini, tampaknya manusia melakukannya sepakat, bahwa mulai sekarang massa, panjang, atau suhu suatu benda akan dibandingkan masing-masing dengan satu satuan massa, panjang, atau suhu. Jumlah mereka yang berpartisipasi langsung dalam perjanjian ini sangat kecil - jumlah dua pedagang dari berbagai belahan negara dapat dengan mudah berbeda sepertiganya.
Bagaimana sebuah kesepakatan bekerja dengan baik sampai orang-orang mulai serius terlibat dalam sains dan menguasai teknik. Ternyata nilai perkiraan saja tidak cukup untuk menggambarkan hukum alam atau membuat ketel uap, apalagi jika orang dari berbagai negara ikut serta dalam pengerjaannya. Menyadari fakta ini, para ilmuwan dari seluruh dunia mulai mengembangkan standar atau standar yang seragam dan akurat untuk satuan dasar pengukuran. Pada tanggal 20 Mei 1875, sebuah perjanjian ditandatangani di Perancis untuk pembentukan unit-unit ini - Konvensi Metrik. Semua negara yang menandatangani dokumen ini berkomitmen untuk menggunakan standar yang dibuat khusus sebagai standar. Untuk memberikan standar yang paling akurat kepada negara-negara penandatangan, Kamar Berat dan Ukuran Internasional (atau Biro Berat dan Ukuran Internasional) dibentuk. Tugas organisasi ini meliputi perbandingan rutin standar nasional satu sama lain dan pengawasan kerja untuk menciptakan metode pengukuran yang lebih akurat.
Di Rusia, pengenalan sistem metrik dikaitkan dengan nama Dmitry Ivanovich Mendeleev, yang menciptakan Kamar Utama Berat dan Ukuran pada tahun 1893 dan secara umum melakukan banyak hal untuk pengembangan metrologi. Dia menjelaskan ketertarikannya pada pengukuran yang tepat sebagai berikut: "Ilmu pengetahuan dimulai segera setelah mereka mulai mengukur. Ilmu pengetahuan pasti tidak mungkin terpikirkan tanpa ukuran." Berkat upaya Mendeleev, mulai 1 Januari 1900, di Rusia, bersama dengan ukuran nasional, ukuran metrik diizinkan untuk digunakan.
Setelah penandatanganan Konvensi Metrik, para ahli mulai mengembangkan standar umum untuk meter dan kilogram (satuan pengukuran ini sudah ada sebelum tahun 1875, namun tidak ada standar yang diakui di seluruh dunia). Meteran standar ditetapkan setelah ekspedisi terkenal untuk mengukur panjang busur meridian Paris dan merupakan penggaris yang terbuat dari paduan platina dan iridium dengan perbandingan 9 banding 1, yang panjangnya sama dengan seperempat puluh juta. dari meridian. Berdasarkan lokasi penyimpanannya, maka mulai disebut “archive meter” atau “pengukur arsip”. Standar kilogram dibuat dari paduan yang sama, dan massanya sesuai dengan massa satu desimeter kubik (liter) air murni pada suhu 4 derajat Celcius (saat air berada pada kepadatan maksimum) dan tekanan atmosfer standar di permukaan laut. . Pada tahun 1889, pada Konferensi Umum Berat dan Ukuran yang pertama, sistem pengukuran diadopsi berdasarkan standar meter dan kilogram yang baru, serta standar kedua. Standar untuk satu detik mulai dianggap 1/86400 dari durasi rata-rata hari matahari (kemudian standar tersebut dikaitkan dengan tahun tropis - satu detik disamakan dengan 1/31556925.9747 bagiannya). Negara-negara yang mengakui sistem pengukuran baru menerima salinan standar-standar ini, dan prototipenya dikirim ke Kamar Berat dan Ukuran untuk disimpan.
Setelah beberapa waktu, standar candela (intensitas cahaya), ampere (intensitas arus) dan kelvin (suhu) ditambahkan ke ketiga standar tersebut. Pada tahun 1960, Konferensi Umum Kesebelas tentang Berat dan Ukuran mengadopsi sistem berat dan ukuran berdasarkan penggunaan enam satuan ini dan mol (satuan kuantitas suatu zat - tidak ada standar untuk itu) - sistem baru adalah disebut Sistem Satuan Internasional, atau SI. Tampaknya di sinilah sejarah standar seharusnya berakhir, namun kenyataannya, itu baru saja dimulai.
Segala sesuatu yang bisa salah...
Seiring dengan kemajuan teknologi pengukuran, menjadi jelas bahwa semua standar yang disimpan di Paris tidaklah ideal. Lambat laun, para ilmuwan sampai pada kesimpulan bahwa tidak ada gunanya mengambil benda-benda buatan manusia sebagai standar untuk satuan dasar, tetapi contoh-contoh yang jauh lebih maju yang telah diciptakan oleh alam. Jadi, detik standar dianggap sebagai interval waktu yang sama dengan 9192631770 periode radiasi yang sesuai dengan transisi antara dua tingkat hiperhalus keadaan dasar (kuantum) atom cesium-133 yang diam pada 0 kelvin tanpa adanya gangguan oleh medan luar, dan meter standar adalah jarak yang ditempuh cahaya dalam ruang hampa dalam periode waktu yang sama dengan 1/299792458 detik. Berbeda dengan standar lama, standar baru ini bersifat atomik atau kuantum, yaitu hukum alam yang paling “dasar” “berfungsi” di dalamnya.
Secara bertahap, enam dari tujuh satuan SI dasar menerima metode reproduksi yang tidak memerlukan standar unik yang disimpan di suatu tempat di satu tempat. Secara teoritis, ilmuwan mana pun yang ingin mengetahui secara pasti (dengan sangat akurat), misalnya, berapa lama satu detik berlangsung, dapat mengambil satu atau dua miligram isotop cesium-133 dan menghitung kapan 919.263.1770 periode radiasi terjadi (omong-omong, standar waktu atomnya sendiri ditetapkan, misalnya, di semua satelit GPS). Hanya satu kilogram “in girls” yang tersisa - standarnya masih berdebu di ruang bawah tanah dekat Paris.
Kata “mengumpulkan debu” di paragraf sebelumnya bukanlah hiasan gaya sama sekali - debu sebenarnya secara bertahap terakumulasi pada standar kilogram, meskipun semua tindakan telah dilakukan. Tidak mungkin mengeluarkan silinder platinum-iridium dan menyekanya - pertama, saat dikeluarkan, debu akan kembali menempel di atasnya, dan kedua, menyeka atau bahkan mengipasi dengan kuas pasti akan menyebabkan beberapa molekul “terpental”. Dengan kata lain, tidak peduli apa yang dilakukan atau tidak dilakukan sesuai standar, massanya berubah seiring waktu. Untuk waktu yang lama diyakini bahwa perubahan ini tidak signifikan, namun pemeriksaan yang dilakukan beberapa tahun yang lalu menunjukkan bahwa baru-baru ini standar tersebut telah “menurunkan berat badan” sebesar 50 mikrogram, dan ini sudah merupakan kerugian yang mengesankan.
Tahi lalat, silikon dan emas
Kemungkinan jalan keluar dari situasi menyedihkan ini (dalam miliaran tahun ke depan standarnya akan menjadi sepertiga lebih ringan) diusulkan pada tahun 2007 oleh dua ilmuwan Amerika dari Institut Teknologi Georgia. Alih-alih silinder yang dapat diubah, mereka mengusulkan untuk mempertimbangkan kubus karbon, yang berisi jumlah atom yang ditentukan secara ketat, sebagai standar massa. Karena massa masing-masing atom adalah konstan, massa agregatnya juga tidak akan berubah. Para peneliti menghitung bahwa sebuah kubus dengan berat tepat satu kilogram akan terdiri dari 2250 x 28148963 3 atom (50184513538686668007780750 atom), dan tepinya akan menjadi 8,11 sentimeter. Selama tiga tahun, para ilmuwan mengklarifikasi beberapa detail dan mempresentasikan pemikiran mereka dalam sebuah artikel, yang pracetaknya dapat ditemukan di situs web arXiv.org.
Fisikawan Amerika prihatin dengan masalah standar kilogram dan memilih karbon sebagai unsur “referensi” karena suatu alasan - sebelumnya mereka berupaya menyempurnakan bilangan Avogadro, salah satu konstanta fundamental yang menentukan berapa banyak atom yang terkandung dalam satu mol atom. zat apa pun. Meskipun bilangan ini adalah salah satu bilangan terpenting dalam kimia, arti pastinya tidak ada (di antara pertanyaan-pertanyaan lain, para ilmuwan, misalnya, memutuskan apakah bilangan genap atau tidak). Bilangan Avogadro dipilih agar massa mol dalam gram sama dengan massa molekul (atom) dalam satuan massa atom. Sebuah atom karbon memiliki massa 12 satuan massa atom, yang berarti massa satu mol karbon haruslah 12 gram. Dengan menyempurnakan bilangan Avogadro dan menjadikannya 84446886 3 (602214098282748740154456), para peneliti dapat menghitung jumlah atom karbon yang dibutuhkan dalam standar.
Ada kemungkinan bahwa pekerjaan baru ini akan dipertimbangkan pada General Conference on Weights and Measures berikutnya, yang akan diadakan pada tahun 2011. Namun, ilmuwan dari Georgia punya pesaing. Misalnya, Institut Standar dan Teknologi Nasional Washington sangat aktif mengerjakan konsep kilogram elektronik. Secara singkat inti dari metode yang mereka usulkan adalah sebagai berikut: standar ditentukan melalui kekuatan arus, yang diperlukan untuk menciptakan medan magnet yang mampu menyeimbangkan beban satu kilogram. Metode ini sangat bagus karena memungkinkan Anda mencapai akurasi tinggi (didasarkan pada penggunaan konstanta fundamental lainnya - konstanta Planck), tetapi eksperimennya sendiri sangat rumit.
Versi lain dari standar baru ini adalah bola silikon, yang parameternya dihitung sedemikian rupa sehingga mengandung jumlah atom yang ditentukan secara ketat (perhitungan ini dapat dilakukan, karena para ilmuwan mengetahui jarak antara atom-atom individual, dan jarak antar atom). proses memproduksi silikon murni sudah sangat mapan). Bola seperti itu bahkan telah dibuat, tetapi kesulitan segera muncul dengannya, mengingatkan pada kesulitan standar saat ini - seiring waktu, bola kehilangan sebagian atomnya dan, sebagai tambahan, lapisan silikon oksida terbentuk di atasnya.
Pendekatan ketiga dalam menciptakan standar mengasumsikan bahwa standar tersebut akan diproduksi setiap saat de novo. Untuk memperoleh standar massa, diperlukan akumulasi ion bismut dan emas hingga muatan totalnya mencapai nilai tertentu. Metode ini telah dianggap tidak memuaskan: memerlukan terlalu banyak waktu dan hasilnya tidak dapat direproduksi dengan baik. Secara umum, dengan kemungkinan besar, semua metode yang dijelaskan untuk memperoleh standar kilogram baru, kecuali metode yang didasarkan pada penggunaan bilangan Avogadro, hanya akan diingat oleh para sejarawan sains, karena, tidak seperti yang lain, kilogram standar berbentuk kubus dari isotop karbon-12 didasarkan pada penggunaan langsung salah satu konsep dasar atom.
Tidak jelas apakah standar karbon akan diterima secara umum atau apakah para ilmuwan akan menemukan cara baru yang lebih nyaman. Namun tidak ada keraguan bahwa silinder yang disimpan di Paris, yang setia melayani masyarakat selama 120 tahun, akan segera pensiun.
